Status of target & horn 12th May ’04.

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1 Status of target & horn 12th May ’04

2 Horn status w/ Yamanoi Prototype for 1st horn inner-conductor and adopter to the K2K horn arrived. Operation test will be conducted before summer. Start discussion about the 3rd horn inner-conductor shape with a company. We will make prototype in this fiscal year. Start discussion with E.Zimmerman possibility on 2nd horn. many R&D items w/ MiniBooNE horn constructor. Plan to simulate n beam w/ Horn material soon. -> get realistic absolute flux.

3 じゃーん。

4 Target Status w/ T. Nakadaira, Y.Hayato
Design of the cooling pipe is on going. Ti or Graphite Consideration on irradiation effect dimension change thermal conductivity %, % !!! %, % -> Operation at higher temperature Consideration on thermal stress on the cooling pipe Direct beam hit (failure mode) -> severe Al is difficult Steady state stress from temperature gradient -> not so severe Consideration on asymmetric beam hit on target is on going.

5 380℃ 25℃ ~63℃ ~250℃ 81℃ 740℃ ~650℃ ~450℃ 840℃

6 He 冷却配管(案) ver. 0.0.0.1 この案の意図： 外側配管 内側配管 グラファイトターゲット
ターゲットのホーンからはみ出る部分を小さく。 ターゲットなるべく前端までHeが接する。 薄い配管部の加工を減らす。 Ｈｅ入口 Ｈｅ出口 外側配管 内側配管 グラファイトターゲット ターゲットは ここで固定

7 He 冷却配管(案) (cont’d) End window:graphite

8 Failure mode analysis This might be problematic.
We need to consider about it.

9 supplement

10 Horns Construction Schedule
This table shows JHF Horns construction schedule. We design horn system until next spring. K2K experiment finish and the present used power supply remake. In parallel, full size horn products, and test. Construction of Target station is until 2007FY. And peripheral equipments install, and horn install from October 2008. Commissioning is from January 2009.

11 グラファイトの放射線損傷 照射試験 ＢＮＬで試験片(東洋炭素:IG-43)に照射終了。 原研での照射試験はペンディング。
照射量: 5.3x1020POT (sx=0.8mm)  0.06[dpa]相当(“NuMI design report”に基づく計算) 実際に形状変化測定できるのは12月 原研での照射試験はペンディング。 照射量が足りない。 低い温度での中性子照射の放射線損傷の文献(IG-110等) 形状変化:+0.14%, 熱伝導率: -98% !!! 形状変化:-0.01%, 熱伝導率: -75% 東洋炭素とのＤｉｓｃｕｓｓｉｏｎ[2004/04/08] 陽子照射のデータが残っていない。(実験はされているはず。)

12 Ｈｅ冷却の二重冷却管の熱ストレス 二重配管の内側/外側で大きな温度差。 流路を仕切る内側配管にかかるストレスは大丈夫か？
外流路のHe温度 … 入口で25度 内流路のHe温度 …出口温度約400度 流路を仕切る内側配管にかかるストレスは大丈夫か？ 25℃ ~400℃

13 内側配管の温度勾配/応力分布 Al合金(0.8mm厚),Ti合金 (0.3mm厚) ~200℃ 円周方向応力 動径方向応力 <２ＭPa
横軸: 0=最内面 1=最外面 ~200℃ 円周方向応力 <２ＭPa 動径方向応力 <10kPa 等価応力<３ＭPa 安全率 軸方向応力 <４ＭPa

14 Ｈｅ冷却管のプロトタイプの設計 Heの流量、除熱能力を試験したい。
KEKB/Belleの衝突点チェンバー冷却用のHeシステムを使ったテストの検討中。 最大ゲージ圧0.1MPa, He流量400 [l/min] カウンターホール への移設可 電源: 200V15A 冷却水 10-50[l/min] 冷却配管を設計中 絶縁材の材質を検討中

15 ビーム直撃のシミュレーション (MARS)
なんらかの原因で、ビーム軌道がずれても、ターゲットやホーンは安全かを確かめる。 バッフルのデザインに対する要求を決める。 許容範囲 熱応力 … s = E a DT (E:ヤング率, a:熱膨張係数)  DTmax = (強度)/（E a） ヤング率[GPa] 熱膨張係数[10-6] 引張強度 [MPa] DTmax [K] Al A6061 70 24 125 74 Al A5052 195 116 Ti 110 9.9 400 367 Ti-6Al-4V 830 762 Ti-15V-3Cr-3Al-3Sn 9.8 960 890

16 正しい軌道のビームによる温度上昇 理想的なバッフル ターゲット外径 =バッフル内径 水冷の場合 配管Al 0.8mm

17 バッフルのデザイン 理想的なバッフル(L=1700mm,内径30mmf) 軸に平行にずれたビームや、ハローに対しては有効。
斜め入射のビームに対しては、長さが足りない。 ホーンの温度上昇が７５度になる。 最終振り下げ磁石のところにコリメータを置いても効果なし。 アライメントの余裕がない より現実的な形状(内径>30mmf)でのシミュレーションが必要 言い換えると、アライメントに対する要求が厳しい。  アライメント精度を確保するための機構が必要 市川案: ターゲットと一体化

18 バッフル: 市川案